Bootloader在AT91RM9200系統中的實現

1.3 本嵌入式板的存儲空間情況

筆者開發的ARM板的與bootloader相關的關鍵存儲空間分布情況如下：

32M字節SDRAM: 0x2000_0000 – 0x21FF_FFFF

2M 字節 Flash: 0x1000_0000 – 0x101F_FFFF

2 用GNU工具開發bootloader

GNU提供了免費的編譯工具，可從網上下載。針對ARM平臺的交叉編譯工具有匯編器arm-linux-as, C編譯器arm-linux-gcc，連接器arm-linux-ld，以及二進制轉換工具arm-linux-objcopy。 GNU的編譯器功能非常強大，共有上百個操作選項，滿足開發者的各種需要。它的特點是開發成本低，無需昂貴的仿真器，不但可以開發操作系統下運行的程序，也可以開發裸機應用程序[3]。GNU工具都運行在Linux下，開發者需要1臺運行Linux的PC作為宿主機，開發后下載到板子上。U-boot，vivi等都利用了這些工具。為開發者的開發提供了很好的范例。一般地，基于GNU工具的程序開發流程如下：（1）編寫C、C++或者匯編源程序；（2）用相關編譯器生成目標文件；（3）編寫連接腳本；（4）用連接器生成最終文件（elf格式）；（5）用二進制轉換工具生成可下載的二進制代碼。

編寫適用于本系統的Bootloader以完成最基本的引導操作系統的功能為目的。作為引導程序的基本功能應該包括：（1）對硬件的初始化，如設置異常向量，設置CPU的速度、時鐘頻率和中斷控制寄存器，初始化內存控制器，初始化堆棧等；（2）支持文件的下載，串口的Kermit協議下載或者支持tftp 協議的網口下載，后者實現相對復雜，但是速度快，可以根據情況選擇；（3）對Flash的操作；（4）最好支持下載和自舉兩種工作模式；（5）解壓內核，配置參數等。其中功能（1）直接涉及硬件，實現時應該使用GNU匯編。不同于ADS環境下的ARM匯編程序編寫，這種匯編語言有其特點，支持預處理，可以使用#include>和C語言風格的注釋，文件的擴展名是大寫的S（編譯器以此區分是否預處理匯編程序），開發者可以參考GNU提供的資料，以及U-boot的源代碼。

3 U-boot的移植

3.1 源代碼分析

U-BOOT(Universe Bootloader)，是Sourceforge網站的開放源代碼項目，支持PowerPC、ARM、MIPS和x86等多種體系結構，代碼便于移植[4]。本人開發中采用了U-Boot1.1.2的源代碼，GCC編譯器版本是2.95.3。開發者首先要了解代碼的結構和功能。在此基礎上分析代碼的運行順序和相互調用關系。

圖2 U-boot的執行順序

U-Boot的運行過程如圖2所示，程序從cpu/at91rm9200/start.S開始，start.S中用.globl _start定義了入口，之后設置了處理器的狀態，初始化了中斷和內存時序并且確定是否需要對整個U-Boot代碼重定位，跳轉到 star_armboot()運行，這個函數在/lib_asm/board.c中定義，完成了一些初始化工作，之后便循環調用commmon /main.c中的main_loop()函數。開發時可以按這個次序閱讀代碼。在代碼的board目錄下，可以找到與自己的芯片相同的開發板對應目錄，此處選擇的是目錄at91rm9200dk，移植時修改工作也多在此處。

3.2 移植要點

進行移植主要關注并進行修改的代碼文件有和相應的修改要點如下：

(1) include/commom.h。代碼中用很多的條件編譯包含了一些頭文件，并且聲明了一系列的基本函數，這個頭文件被很多文件包含。了解這個文件的內容對理解、修改代碼很有幫助。

(2) include/configs/at91rm9200dk.h。這個文件中是針對本電路板的詳細設置信息，關鍵的設置有時鐘設置，終端選擇（GDBU、 USART0、USART1），SDRAM的起始地址PHYS_SDRAM和大小PHYS_SDRAM_SIZE，Flash存儲器的起始地址 PHYS_FLASH_1和大小PHYS_FLASH_SIZE，以及Flash中U-Boot的環境變量的存儲地址CFG_ENV_ADDR和大小 CFG_ENV_SIZE，以及U-Boot的起始地址CFG_U_BOOT_BASE和大小CFG_U_BOOT_SIZE。其他的參數可以根據開發者的需要進行修改。以上的參數要根據實際情況修改。

根據開發經驗，容易忽略的是FLASH中環境變量的存儲地址CFG_ENV_ADDR和大小CFG_ENV_SIZE的設置。U-boot中的 saveenv命令執行時會將setenv命令設置的環境變量存儲在Flash，要求起始地址是Flash的一個段（section）的邊界，項目中根據 AM29LV160DB芯片的手冊以及電路原理圖上Flash的地址線的連接對本文件做以下修改：

#define CFG_ENV_ADDR (PHYS_FLASH_1 + 0xe000)

#define CFG_ENV_SIZE 0x2000 /* 0x8000 */

修改為：

#define CFG_ENV_ADDR (PHYS_FLASH_1 + 0x8000)

#define CFG_ENV_SIZE 0x8000 /*0x8000 */

Flash存儲器的地址分配情況可以參見圖1。

(3) board/at91rm9200dk/config.mk。這里面將TEXT_BASE設置為0x21f00000，與本文第1部分中提到的Boot程序的DST參數設置一致。

(4) board/at91rm9200dk/flash.c。由于Flash芯片選用的與源代碼所針對的Flash芯片不同，首先要在include /flash.h中加入下面的宏：#define AMD_ID_LV160DB 0x22492249，這是AM29LV160DB芯片的設備ID號，為了在flash_identification()函數中正確地識別。另外在本文件中還要加入定義

OrgDef OrgAMDLV160DB[] ={

{ 1, 16*1024 },

/* 1 * 16 kBytes sectors */

{ 2, 8*1024 },

/* 2 * 8 kBytes sectors */

{ 1, 32*1024 },

/* 1 * 32 kBytes sectors */

{ 31, 64*1024 },

/* 31 * 64 kBytes sectors */

};